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JP4460795B2 - Thruster device - Google Patents

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JP4460795B2
JP4460795B2 JP2001125947A JP2001125947A JP4460795B2 JP 4460795 B2 JP4460795 B2 JP 4460795B2 JP 2001125947 A JP2001125947 A JP 2001125947A JP 2001125947 A JP2001125947 A JP 2001125947A JP 4460795 B2 JP4460795 B2 JP 4460795B2
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JP
Japan
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nozzle
fuel
oxidant
supply means
small
Prior art date
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Application number
JP2001125947A
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Japanese (ja)
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Inventor
悌宇 小林
陽一郎 三木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd, Japan Aerospace Exploration Agency JAXA filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2001125947A priority Critical patent/JP4460795B2/en
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、宇宙往還機や人工衛星などに用いられるスラスタ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
宇宙往還機や人工衛星などには、例えば図4に示すスラスタ装置51が用いられることがある。
【0003】
図4に例示されたスラスタ装置51は、例えば、軌道変更する際に用いられる複数の大スラスタ52と、この大スラスタ52の補助や姿勢変更する際に用いられる複数の小スラスタ53と、燃料供給手段54と、酸化剤供給手段55と、を備えている。
【0004】
大スラスタ52は、噴射方向が互いに同軸となるように配されている。大スラスタ52は、前記燃料供給手段54から比較的大流量の燃料と、酸化剤供給手段55から比較的大流量の酸化剤と、が供給されるようになっている。大スラスタ52は、比較的大流量の燃料と酸化剤と互いに衝突させて燃焼し、比較的大きな推進力を発生する。
【0005】
複数の小スラスタ53は、大スラスタ52と噴射方向が互いに同軸に配されたものや、噴射方向が大スラスタ52の噴射方向と交差するように配されたものがある。それぞれの小スラスタ53は、前記燃料供給手段54から比較的小流量の燃料と、酸化剤供給手段55から比較的小流量の酸化剤と、が供給されるようになっている。小スラスタ53は、比較的小流量の燃料と酸化剤と互いに衝突させて燃焼し、比較的小さな推進力を発生する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前述した従来のスラスタ装置51は、大スラスタ52と複数の小スラスタ53とを備えているため、部品点数が増加してコストが高騰する傾向となっていた。また、大スラスタ52と噴射方向が同軸に配された小スラスタ53を省略して、大スラスタ52に供給する燃料と酸化剤の流量を抑制して比較的小さな推力を得てこの大スラスタ52を姿勢変更を行う際に用いようとすると、噴射される燃料と酸化剤の圧力が低下して、着火しにくくなり燃焼が不安定となることがあった。
【0007】
したがって、本発明の目的は、部品点数を抑制してコストの高騰を抑制できるとともに、常に安定した燃焼が可能なスラスタ装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、請求項1に記載のスラスタ装置は、ノズルと接続しかつ装置の外郭を形成する装置本体と、前記装置本体に取付けられかつ前記ノズル内に燃料を供給する燃料供給手段と、前記装置本体に取付けられかつ前記ノズル内に酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、を備えたスラスタ装置において、前記燃料供給手段から供給された燃料を前記ノズル内に導く比較的流路断面積が大きな燃料大径ノズルと、比較的流路断面積が小さな燃料小径ノズルと、前記酸化剤供給手段から供給された酸化剤を前記ノズル内に導く比較的流路断面積が大きな酸化剤大径ノズルと比較的流路断面積が小さな酸化剤小径ノズルと、を備え、かつ前記大径ノズルと小径ノズルとを用いて前記燃料供給手段及び酸化剤供給手段から供給される燃料及び酸化剤それぞれをノズル内に導く大推力モードと、前記小径ノズルのみを用いて前記燃料供給手段及び酸化剤供給手段から供給される燃料及び酸化剤それぞれをノズル内に導く小推力モードとを、前記装置本体に対して回動することで切り換え可能に設けられた推力変更部材と、前記推力変更部材を回動させる駆動源と、を備えたことを特徴としている。
【0009】
請求項2に記載のスラスタ装置は、請求項1に記載のスラスタ装置において、前記推力変更部材が、断面コ字形に形成され、かつ、前記装置本体との間から前記燃料供給手段から供給された燃料と前記酸化剤供給手段から供給された酸化剤とのうち少なくとも一方の漏れを防止するシール手段と、前記大径ノズルと小径ノズルとは別体でかつ前記燃料と酸化剤とのうち少なくとも一方をノズル内に導く冷却路と、を備えたことを特徴としている。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の第1の実施形態について、図1及び図2を参照して説明する。
【0011】
図1に示すスラスタ装置1は、宇宙往還機や人工衛星などに用いられ、宇宙往還機や人工衛星が軌道変更する際や姿勢変更する際に用いられる装置である。スラスタ装置1は、例えば、互いに接触すると燃焼する四酸化二窒素(以下NTOと呼ぶ)を酸化剤としかつモノメチルヒドラジン(以下MMHと呼ぶ)を燃料としている。
【0012】
スラスタ装置1は、図1に示すように、装置の外郭を形成する装置本体2と、この装置本体2内に回動自在に設けられた推力変更手段としての推力変更部材3と、装置本体2に接続したノズル4と、燃料供給手段5と、酸化剤供給手段6と、を備えている。
【0013】
装置本体2は、逆有底筒状に形成されており、図中上側に位置する底部7と、この底部7の周縁から図中の下方に向って伸びた周壁8と、を一体に備えている。装置本体2は、底部7の中央から、周壁8とともに図中の下方に向って伸びた円柱部9を一体に備えている。
【0014】
推力変更部材3は、円環状に形成されており、中央に設けられた貫通孔10に装置本体2の円柱部9が通った状態で、装置本体2内に設けられている。推力変更部材3は、ベアリング11によって装置本体2内に回動自在に支持されている。推力変更部材3は、その外周面12aが装置本体2の周壁8の内周面13aと密に接しているとともに、内周面12bが装置本体4の円柱部9の外周面13bに密に接している。
【0015】
推力変更部材3は、その外周面12aに周方向に沿って、外歯14を設けている。この外歯14には、駆動源15によって回転駆動される歯車16が噛合っている。また、装置本体2と推力変更部材3との間には、互いの間を流体密に保つシール手段としてのシール部材17が複数設けられている。
【0016】
ノズル4は、円筒状に形成されているとともに、一端部4aが、装置本体2の周壁8の端部8aと接続している。ノズル4の内側には、燃料と酸化剤とが燃焼した際に生じる噴煙などが通る通路18が形成されている。
【0017】
燃料供給手段5は、装置本体2に取付けられており、図示しない燃料供給源などから燃料が供給される燃料マニホールド21と、推力変更部材3内に形成された燃料噴射ノズル22などを備えている。燃料マニホールド21は、燃料供給源と接続した合流管部23と、この合流管部23から分岐した複数の枝管部24と、を備えている。
【0018】
燃料噴射ノズル22は、燃料マニホールド21の枝管部24と同数設けられており、それぞれ、一端部22aが燃料マニホールド21の枝管部24に開口しているとともに、他端部22bが、ノズル4内の通路18に開口している。
【0019】
燃料噴射ノズル22は、図2に示すように、比較的流路断面積の大きな燃料大径ノズル25と、比較的流路断面積の小さな燃料小径ノズル26と、を備えている。前述した構成によって、燃料供給手段5は、図示しない燃料供給源から所定の圧力の燃料が供給され、燃料マニホールド21及び燃料噴射ノズル22を介してノズル4内に燃料を導いて噴射する。
【0020】
酸化剤供給手段6は、装置本体2に取付けられており、図示しない酸化剤供給源などから酸化剤が供給される酸化剤マニホールド31と、推力変更部材3内に形成された酸化剤噴射ノズル32などを備えている。酸化剤マニホールド31は、酸化剤供給源と接続した合流管部33と、この合流管部33から分岐した複数の枝管部34と、を備えている。
【0021】
酸化剤噴射ノズル32は、酸化剤マニホールド31の枝管部34と同数設けられており、それぞれ、一端部32aが酸化剤マニホールド31の枝管部34に開口しているとともに、他端部32bがノズル4内の通路18に開口している。
【0022】
酸化剤噴射ノズル32は、燃料噴射ノズル22と同様に、比較的流路断面積の大きな酸化剤大径ノズル35と、比較的流路断面積の小さな酸化剤小径ノズル36と、を備えている。前述した構成によって、酸化剤供給手段6は、図示しない酸化剤供給源から所定の圧力の酸化剤が供給され、酸化剤マニホールド31及び酸化剤噴射ノズル32を介してノズル4内に酸化剤を導いて噴射する。
【0023】
燃料大径ノズル25と酸化剤大径ノズル35とは、本明細書に記した大径ノズルとなっている。燃料小径ノズル26と酸化剤小径ノズル36とは、本明細書に記した小径ノズルとなっている。
【0024】
また、燃料噴射ノズル22のノズル4内に開口した他端部22bと、酸化剤噴射ノズル32のノズル4内に開口した他端部32bとは、互いに噴射する燃料と酸化剤とがノズル4内の通路18において衝突するように形成されている。
【0025】
前述したシール部材7は、燃料及び酸化剤供給手段5,6の燃料及び酸化剤マニホールド21,31の枝管部24,34それぞれからノズル4側には設けられていない。このため、燃料及び酸化剤は、それぞれマニホールド21,31の枝管部24,34から、毛管現象によって、装置本体4の周壁8の内周面13aと推力変更部材3の外周面12aとの間及び装置本体2の円柱部9の外周面13bと推力変更部材3の内周面12bとの間からノズル4内に染み出すこととなる。
【0026】
このため、前記ノズル4内において、燃料と酸化剤とを互いに衝突させて燃料させた後、このスラスタ装置1、特にノズル4の熱によって前述したように染み出した燃料及び酸化剤が気化されることとなる。そして、ノズル4が気化する際の潜熱によって冷却されることとなる。
【0027】
前述した構成によれば、スラスタ装置1は、宇宙往還機や人工衛星の軌道変更を行う際などに、駆動源15によって推力変更部材3を回動させて、図2(A)に示すように、燃料供給手段5と酸化剤供給手段6が大径ノズル25,35と小径26,36を用いてノズル4内に燃料及び酸化剤を導いて、比較的大きな推力を発生する。
【0028】
また、スラスタ装置1は、宇宙往還機や人工衛星の軌道変更を行う際などに、駆動源15によって推力変更部材3を回動させて、図2(B)に示すように、燃料供給手段5と酸化剤供給手段6が小径ノズル26,36のみを用いてノズル4内に燃料及び酸化剤を導いて、比較的小さな推力を発生する。
【0029】
このように、スラスタ装置1は、大径ノズル25,35と小径ノズル26,36との双方を用いて燃料供給手段5及び酸化剤供給手段6から供給される燃料及び酸化剤をノズル4内に導く大推力モードと、小径ノズル26,36のみを用いて燃料供給手段5及び酸化剤供給手段6から供給される燃料及び酸化剤をノズル4内に導く小推力モードとが、切り換え可能に構成されている。
【0030】
また、一般にノズルから噴射される流体の圧力Pは以下の式1を満すことが知られている。
【0031】
【数1】

Figure 0004460795
【0032】
ただし、ζ:圧力損失係数、g:重力加速度、γ:密度、v:流速、w:流量A:噴射断面積である。
【0033】
前記大径ノズル25,35と小径ノズル26,36とは、それぞれの流路断面積が、前記式1にしたがって、大推力モードの時に噴射する流量の燃料及び酸化剤の圧力と、小推力モードの時に噴射する流量の燃料及び酸化剤の圧力とが、互いに等しくなるように形成されている。
【0034】
本実施形態によれば、スラスタ装置1と噴射方向が同軸に配された姿勢変更用のスラスタを省略しても、スラスタ装置1を小推力モードで駆動することによって、姿勢変更を行う際に用いることが可能となる。したがって、部品点数を抑制することが可能となる。
【0035】
また、前記スラスタ装置1は、大推力モードでは大径ノズル25,35及び小径ノズル26,36双方を用い、小推力モードでは小径ノズル26,36のみを用いるとともに、大径ノズル25,35及び小径ノズル26,36の流路断面積が、大推力モードの時に噴射する燃料及び酸化剤の圧力と小推力モードの時に噴射する燃料及び酸化剤の圧力とが等しくなるように形成されているので、小推力モードの際に燃料と酸化剤の流量を抑制してもこれらの燃料と酸化剤の圧力が低下することがない。したがって、小推力モードにおいても常に安定した燃焼を行うことが可能となる。
【0036】
図2は、第2の実施形態を示し、前述した第1の実施形態と同一構成部分には、同一符号を付して説明を省略する。
【0037】
本実施形態のスラスタ装置1は、推力変更部材3が、断面形状が上方に開口したコ字形に形成されている。推力変更部材3の外周面12aと装置本体2の周壁8の内周面13aとの間のシール部材17が、推力変更部材3の全長に亘って、これらの外周面12aと内周面13aとの間を流体密に保つように配されている。
【0038】
このため、本実施形態のスラスタ装置1は、推力変更部材3が冷却路としての冷却管部41を備えている。図示例において、この冷却管部41は、一端部41aが燃料供給手段5の燃料マニホールド21の枝管部24に開口しているとともに、他端部41bがノズル4内の通路18に開口している。
【0039】
前述した構成のスラスタ装置1は、燃料供給手段5の燃料マニホールド21の枝管部24から冷却管部41を通って、ノズル4内に供給される燃料が、ノズル4の熱によって気化される。この気化する際の潜熱によって、ノズル4が冷却されることとなる。
【0040】
本実施形態のスラスタ装置1は、第1の実施形態と同様に、部品点数を抑制できるとともに、小推力モードにおいても常に安定した燃焼を行うことが可能となる。
【0041】
また、図示した本実施形態のスラスタ装置1は、冷却管部41が、燃料供給手段5の燃料マニホールド21の枝管部24に開口しているが、酸化剤供給手段6の酸化剤マニホールド31の枝管部34に開口するように冷却管部41を形成しても良い。
【0042】
【発明の効果】
本発明のスラスタ装置によれば、比較的流路断面積が大きな大径ノズルと、比較的流路断面積が小さな小径ノズルと、を備え、大径及び小径ノズルの双方を用いて噴射ノズル内に燃料と酸化剤とを供給する大推力モードと、小径ノズルのみを用いて噴射ノズル内に燃料と酸化剤とを供給する小推力モードと、が切り換え可能となっている。
【0043】
このため、前記スラスタ装置を小推力モードで駆動することによって、このスラスタ装置と噴射方向が同軸に配された姿勢制御用のスラスタを省略しても、本発明のスラスタ装置を姿勢制御に用いることが可能となる。したがって、部品点数を抑制することが可能となる。
【0044】
また、前記スラスタ装置は、大推力モードでは大径及び小径ノズル双方を用い、小推力モードでは小径ノズルのみを用いるので、姿勢制御する際に燃料と酸化剤の流量を抑制してもこれらの燃料と酸化剤の圧力が低下することがない。したがって、小推力モードにおいても常に安定した燃焼を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態のスラスタ装置を示す断面図。
【図2】図1中のii−ii線に沿う断面図。
【図3】この発明の第2の実施形態のスラスタ装置を示す断面図。
【図4】従来のスラスタ装置の構成を示す概念図。
【符号の説明】
1…スラスタ装置
2…装置本体
3…推力変更部材(推力変更手段)
4…ノズル
5…燃料供給手段
6…酸化剤供給手段
17…シール部材(シール手段)
25…燃料大径ノズル(大径ノズル)
26…燃料小径ノズル(小径ノズル)
35…酸化剤大径ノズル(大径ノズル)
36…酸化剤小径ノズル(小径ノズル)
41…冷却管部(冷却路)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thruster device used in a spacecraft, an artificial satellite, and the like.
[0002]
[Prior art]
For example, a thruster device 51 shown in FIG. 4 may be used for a spacecraft or an artificial satellite.
[0003]
The thruster device 51 illustrated in FIG. 4 includes, for example, a plurality of large thrusters 52 used when changing the trajectory, a plurality of small thrusters 53 used when assisting or changing the attitude of the large thruster 52, and a fuel supply. Means 54 and oxidant supply means 55 are provided.
[0004]
The large thrusters 52 are arranged so that the injection directions are coaxial with each other. The large thruster 52 is supplied with a relatively large flow of fuel from the fuel supply means 54 and a relatively large flow of oxidant from the oxidant supply means 55. The large thruster 52 collides with a relatively large flow rate of fuel and oxidant and burns to generate a relatively large propulsive force.
[0005]
The plurality of small thrusters 53 include those in which the large thrusters 52 and the injection directions are arranged coaxially with each other, and those in which the injection directions intersect with the injection directions of the large thrusters 52. Each small thruster 53 is supplied with a relatively small flow rate of fuel from the fuel supply means 54 and a relatively small flow rate of oxidant from the oxidant supply means 55. The small thruster 53 collides with a relatively small flow rate of fuel and oxidant and burns with each other to generate a relatively small thrust.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the conventional thruster 51 described above includes the large thruster 52 and the plurality of small thrusters 53, the number of parts tends to increase and the cost tends to increase. Further, the small thruster 53 whose injection direction is coaxially arranged with the large thruster 52 is omitted, and the flow of fuel and oxidant supplied to the large thruster 52 is suppressed to obtain a relatively small thrust, and the large thruster 52 is If it is intended to be used when the posture is changed, the pressure of the injected fuel and oxidant is lowered, and it is difficult to ignite and the combustion may become unstable.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a thruster device that can suppress the increase in cost by suppressing the number of parts and can always perform stable combustion.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, a thruster device according to claim 1 is provided with a device main body that is connected to a nozzle and forms an outer shell of the device, and a fuel that is attached to the device main body and that supplies fuel into the nozzle. A thruster apparatus comprising: a fuel supply means for supplying; and an oxidant supply means attached to the apparatus main body and supplying an oxidant into the nozzle. The fuel supplied from the fuel supply means is supplied into the nozzle. A large-diameter fuel nozzle with a relatively large cross-sectional area for guiding, a small-diameter fuel nozzle with a relatively small cross-sectional area for the flow path, and a relatively small flow path disconnection for guiding the oxidant supplied from the oxidant supply means into the nozzle. a large oxidant large nozzle area, a small oxidizer diameter nozzle is relatively channel cross-sectional area, comprising a, and whether the fuel supply means and the oxidizer supply means with said large-diameter nozzle and small diameter nozzle A large thrust mode for guiding each of the supplied fuel and oxidant into the nozzle, and a small thrust for guiding each of the fuel and oxidant supplied from the fuel supply means and oxidant supply means into the nozzle using only the small diameter nozzle. A thrust change member provided so as to be switchable by rotating the mode with respect to the apparatus main body, and a drive source for rotating the thrust change member .
[0009]
A thruster device according to a second aspect is the thruster device according to the first aspect, wherein the thrust changing member is formed in a U-shaped cross section and is supplied from the fuel supply means between the device main body and the thruster device. Seal means for preventing leakage of at least one of the fuel and the oxidant supplied from the oxidant supply means, and the large diameter nozzle and the small diameter nozzle are separate from each other and at least one of the fuel and the oxidant And a cooling path for guiding the gas into the nozzle.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.
[0011]
A thruster apparatus 1 shown in FIG. 1 is used for a spacecraft, an artificial satellite, and the like, and is used when the spacecraft, an artificial satellite changes its orbit or changes its attitude. The thruster device 1 uses, for example, dinitrogen tetroxide (hereinafter referred to as NTO) that burns when in contact with each other as an oxidizing agent and monomethylhydrazine (hereinafter referred to as MMH) as a fuel.
[0012]
As shown in FIG. 1, the thruster device 1 includes a device main body 2 that forms an outline of the device, a thrust changing member 3 as a thrust changing means that is rotatably provided in the device main body 2, and a device main body 2. The nozzle 4 connected to this, the fuel supply means 5, and the oxidizing agent supply means 6 are provided.
[0013]
The apparatus main body 2 is formed in an inverted bottomed cylindrical shape, and integrally includes a bottom portion 7 located on the upper side in the figure and a peripheral wall 8 extending downward from the peripheral edge of the bottom portion 7 in the figure. Yes. The apparatus main body 2 is integrally provided with a cylindrical portion 9 extending from the center of the bottom portion 7 together with the peripheral wall 8 downward in the figure.
[0014]
The thrust changing member 3 is formed in an annular shape, and is provided in the apparatus main body 2 in a state where the cylindrical portion 9 of the apparatus main body 2 passes through a through hole 10 provided in the center. The thrust changing member 3 is rotatably supported in the apparatus main body 2 by a bearing 11. The thrust changing member 3 has an outer peripheral surface 12 a in close contact with the inner peripheral surface 13 a of the peripheral wall 8 of the apparatus main body 2, and an inner peripheral surface 12 b in close contact with the outer peripheral surface 13 b of the cylindrical portion 9 of the apparatus main body 4. ing.
[0015]
The thrust changing member 3 is provided with external teeth 14 along the circumferential direction on the outer peripheral surface 12a. A gear 16 that is rotationally driven by a drive source 15 meshes with the external teeth 14. In addition, a plurality of sealing members 17 are provided between the apparatus main body 2 and the thrust change member 3 as sealing means for keeping fluid tightness between each other.
[0016]
The nozzle 4 is formed in a cylindrical shape, and one end 4 a is connected to the end 8 a of the peripheral wall 8 of the apparatus main body 2. Inside the nozzle 4, a passage 18 is formed through which fumes generated when the fuel and the oxidant are burned pass.
[0017]
The fuel supply means 5 is attached to the apparatus main body 2 and includes a fuel manifold 21 to which fuel is supplied from a fuel supply source (not shown), a fuel injection nozzle 22 formed in the thrust changing member 3, and the like. . The fuel manifold 21 includes a merging pipe portion 23 connected to a fuel supply source, and a plurality of branch pipe portions 24 branched from the merging pipe portion 23.
[0018]
The fuel injection nozzles 22 are provided in the same number as the branch pipe portions 24 of the fuel manifold 21, and one end portion 22 a is open to the branch pipe portion 24 of the fuel manifold 21 and the other end portion 22 b is the nozzle 4. It opens to the inner passage 18.
[0019]
As shown in FIG. 2, the fuel injection nozzle 22 includes a fuel large-diameter nozzle 25 having a relatively large flow path cross-sectional area and a fuel small-diameter nozzle 26 having a relatively small flow path cross-sectional area. With the above-described configuration, the fuel supply means 5 is supplied with fuel at a predetermined pressure from a fuel supply source (not shown), and guides and injects the fuel into the nozzle 4 via the fuel manifold 21 and the fuel injection nozzle 22.
[0020]
The oxidant supply means 6 is attached to the apparatus main body 2, and an oxidant manifold 31 to which an oxidant is supplied from an oxidant supply source (not shown) and an oxidant injection nozzle 32 formed in the thrust changing member 3. Etc. The oxidant manifold 31 includes a merging pipe part 33 connected to an oxidant supply source and a plurality of branch pipe parts 34 branched from the merging pipe part 33.
[0021]
The oxidant injection nozzles 32 are provided in the same number as the branch pipe portions 34 of the oxidant manifold 31. One end portion 32 a is open to the branch pipe portion 34 of the oxidant manifold 31 and the other end portion 32 b is provided. It opens to the passage 18 in the nozzle 4.
[0022]
Similar to the fuel injection nozzle 22, the oxidant injection nozzle 32 includes an oxidant large-diameter nozzle 35 having a relatively large channel cross-sectional area and an oxidant small-diameter nozzle 36 having a relatively small channel cross-sectional area. . With the configuration described above, the oxidant supply means 6 is supplied with an oxidant having a predetermined pressure from an oxidant supply source (not shown), and guides the oxidant into the nozzle 4 through the oxidant manifold 31 and the oxidant injection nozzle 32. Spray.
[0023]
The fuel large-diameter nozzle 25 and the oxidant large-diameter nozzle 35 are large-diameter nozzles described in this specification. The fuel small diameter nozzle 26 and the oxidant small diameter nozzle 36 are the small diameter nozzles described in this specification.
[0024]
In addition, the other end portion 22b opened in the nozzle 4 of the fuel injection nozzle 22 and the other end portion 32b opened in the nozzle 4 of the oxidant injection nozzle 32 have fuel and oxidant injected into the nozzle 4 inside each other. The passage 18 is formed so as to collide.
[0025]
Sealing member 1 7 described above, the fuel and the nozzle 4 side from the respective branch pipe part 24, 34 of the fuel and oxidant manifold 21 and 31 of the oxidant supplying means 5 and 6 is not provided. For this reason, the fuel and the oxidant are separated from the inner peripheral surface 13a of the peripheral wall 8 of the apparatus main body 4 and the outer peripheral surface 12a of the thrust changing member 3 from the branch pipe portions 24 and 34 of the manifolds 21 and 31, respectively, by capillary action. And, it will ooze out into the nozzle 4 from between the outer peripheral surface 13b of the cylindrical portion 9 of the apparatus main body 2 and the inner peripheral surface 12b of the thrust changing member 3.
[0026]
For this reason, after the fuel and the oxidant collide with each other in the nozzle 4 to make the fuel, the fuel and the oxidant exuded as described above are vaporized by the heat of the thruster 1, particularly the nozzle 4. It will be. And it will cool by the latent heat at the time of the nozzle 4 evaporating.
[0027]
According to the configuration described above, the thruster device 1 rotates the thrust changing member 3 with the driving source 15 when changing the orbit of the spacecraft or the artificial satellite, as shown in FIG. The fuel supply means 5 and the oxidant supply means 6 guide the fuel and the oxidant into the nozzle 4 using the large diameter nozzles 25 and 35 and the small diameters 26 and 36 to generate a relatively large thrust.
[0028]
Further, the thruster device 1 rotates the thrust changing member 3 by the drive source 15 when changing the orbit of the spacecraft or the artificial satellite, as shown in FIG. The oxidant supply means 6 guides the fuel and the oxidant into the nozzle 4 using only the small diameter nozzles 26 and 36, and generates a relatively small thrust.
[0029]
As described above, the thruster device 1 uses the large-diameter nozzles 25 and 35 and the small-diameter nozzles 26 and 36 to supply the fuel and the oxidant supplied from the fuel supply unit 5 and the oxidant supply unit 6 into the nozzle 4. The large thrust mode for guiding and the small thrust mode for guiding the fuel and the oxidant supplied from the fuel supply means 5 and the oxidant supply means 6 into the nozzle 4 using only the small diameter nozzles 26 and 36 can be switched. ing.
[0030]
In general, it is known that the pressure P of the fluid ejected from the nozzle satisfies the following formula 1.
[0031]
[Expression 1]
Figure 0004460795
[0032]
Where ζ: pressure loss coefficient, g: gravitational acceleration, γ: density, v: flow velocity, w: flow rate A: injection cross section.
[0033]
The large-diameter nozzles 25 and 35 and the small-diameter nozzles 26 and 36 have the flow path cross-sectional areas of the fuel and oxidant pressures injected when the large thrust mode and the small thrust mode, respectively, according to the above equation 1. At this time, the flow rate of fuel and the pressure of the oxidant injected are set to be equal to each other.
[0034]
According to the present embodiment, even if the thruster for posture change whose injection direction is arranged coaxially with the thruster device 1 is omitted, the thruster device 1 is used for changing the posture by driving in the small thrust mode. It becomes possible. Therefore, the number of parts can be suppressed.
[0035]
The thruster device 1 uses both the large diameter nozzles 25 and 35 and the small diameter nozzles 26 and 36 in the large thrust mode, and uses only the small diameter nozzles 26 and 36 in the small thrust mode, and also uses the large diameter nozzles 25 and 35 and the small diameter nozzles. Since the flow path cross-sectional area of the nozzles 26 and 36 is formed so that the pressure of the fuel and oxidant injected in the large thrust mode is equal to the pressure of the fuel and oxidant injected in the small thrust mode. Even if the flow rates of the fuel and the oxidant are suppressed in the small thrust mode, the pressure of the fuel and the oxidant does not decrease. Therefore, it is possible to always perform stable combustion even in the small thrust mode.
[0036]
FIG. 2 shows a second embodiment, and the same components as those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0037]
In the thruster device 1 of the present embodiment, the thrust changing member 3 is formed in a U-shape whose cross-sectional shape is open upward. The seal member 17 between the outer peripheral surface 12a of the thrust changing member 3 and the inner peripheral surface 13a of the peripheral wall 8 of the apparatus body 2 extends over the entire length of the thrust changing member 3 with the outer peripheral surface 12a and the inner peripheral surface 13a. It is arranged so as to keep the fluid tight.
[0038]
For this reason, in the thruster device 1 of the present embodiment, the thrust changing member 3 includes a cooling pipe portion 41 as a cooling path. In the illustrated example, the cooling pipe portion 41 has one end portion 41 a that opens to the branch pipe portion 24 of the fuel manifold 21 of the fuel supply means 5, and the other end portion 41 b that opens to the passage 18 in the nozzle 4. Yes.
[0039]
In the thruster device 1 configured as described above, the fuel supplied into the nozzle 4 through the branch pipe portion 24 of the fuel manifold 21 of the fuel supply means 5 through the cooling pipe portion 41 is vaporized by the heat of the nozzle 4. The nozzle 4 is cooled by the latent heat at the time of vaporization.
[0040]
Similar to the first embodiment, the thruster apparatus 1 of the present embodiment can suppress the number of parts and can always perform stable combustion even in the small thrust mode.
[0041]
Further, in the illustrated thruster apparatus 1 of the present embodiment, the cooling pipe portion 41 is open to the branch pipe portion 24 of the fuel manifold 21 of the fuel supply means 5, but the oxidant manifold 31 of the oxidant supply means 6. The cooling pipe portion 41 may be formed so as to open to the branch pipe portion 34.
[0042]
【The invention's effect】
According to the thruster device of the present invention, the large-diameter nozzle having a relatively large flow-path cross-sectional area and the small-diameter nozzle having a relatively small-diameter cross-sectional area are provided, and both the large-diameter and small-diameter nozzles are used in the injection nozzle. Between the large thrust mode for supplying the fuel and the oxidant and the small thrust mode for supplying the fuel and the oxidant into the injection nozzle using only the small-diameter nozzle.
[0043]
Therefore, by driving the thruster device in the small thrust mode, the thruster device of the present invention can be used for posture control even if the thruster for posture control in which the injection direction is arranged coaxially with the thruster device is omitted. Is possible. Therefore, the number of parts can be suppressed.
[0044]
In addition, since the thruster device uses both large and small diameter nozzles in the large thrust mode and uses only the small diameter nozzle in the small thrust mode, these fuels can be controlled even if the flow rates of the fuel and the oxidant are suppressed during attitude control. And the pressure of the oxidizing agent does not decrease. Therefore, it is possible to always perform stable combustion even in the small thrust mode.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a thruster device according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along line ii-ii in FIG.
FIG. 3 is a sectional view showing a thruster device according to a second embodiment of the invention.
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a configuration of a conventional thruster apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Thruster apparatus 2 ... Apparatus main body 3 ... Thrust changing member (Thrust changing means)
4 ... Nozzle 5 ... Fuel supply means 6 ... Oxidant supply means 17 ... Sealing member (sealing means)
25 ... Fuel large diameter nozzle (large diameter nozzle)
26 ... Fuel small diameter nozzle (small diameter nozzle)
35 ... Oxidant large diameter nozzle (large diameter nozzle)
36 ... Oxidant small diameter nozzle (small diameter nozzle)
41 ... Cooling pipe section (cooling path)

Claims (2)

ノズルと接続しかつ装置の外郭を形成する装置本体と、
前記装置本体に取付けられかつ前記ノズル内に燃料を供給する燃料供給手段と、
前記装置本体に取付けられかつ前記ノズル内に酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、
を備えたスラスタ装置において、
前記燃料供給手段から供給された燃料を前記ノズル内に導く比較的流路断面積が大きな燃料大径ノズルと、
比較的流路断面積が小さな燃料小径ノズルと、
前記酸化剤供給手段から供給された酸化剤を前記ノズル内に導く比較的流路断面積が大きな酸化剤大径ノズルと
比較的流路断面積が小さな酸化剤小径ノズルと、
を備え、
かつ前記大径ノズルと小径ノズルとを用いて前記燃料供給手段及び酸化剤供給手段から供給される燃料及び酸化剤それぞれをノズル内に導く大推力モードと、前記小径ノズルのみを用いて前記燃料供給手段及び酸化剤供給手段から供給される燃料及び酸化剤それぞれをノズル内に導く小推力モードとを、前記装置本体に対して回動することで切り換え可能に設けられた推力変更部材と、
前記推力変更部材を回動させる駆動源と、
を備えたことを特徴とするスラスタ装置。
A device body connected to the nozzle and forming an outer shell of the device;
Fuel supply means attached to the apparatus body and supplying fuel into the nozzle;
An oxidant supply means attached to the apparatus body and for supplying an oxidant into the nozzle;
In a thruster device comprising:
A large-diameter fuel nozzle having a relatively large cross-sectional area for guiding the fuel supplied from the fuel supply means into the nozzle;
A fuel small-diameter nozzle having a relatively small cross-sectional area of the flow path,
An oxidant large-diameter nozzle having a relatively large channel cross-sectional area for guiding the oxidant supplied from the oxidant supply means into the nozzle ;
An oxidizer small diameter nozzle having a relatively small channel cross-sectional area;
With
And a large thrust mode for guiding the fuel and the oxidant supplied from the fuel supply means and the oxidant supply means into the nozzle using the large diameter nozzle and the small diameter nozzle, and the fuel supply using only the small diameter nozzle. A thrust change member provided so as to be switchable by rotating a small thrust mode for guiding the fuel and the oxidant supplied from the means and the oxidant supply means into the nozzle, respectively, with respect to the apparatus main body ,
A drive source for rotating the thrust change member;
A thruster device comprising:
前記推力変更部材が、断面コ字形に形成され、
かつ前記装置本体との間から前記燃料供給手段から供給された燃料と前記酸化剤供給手段から供給された酸化剤とのうち少なくとも一方の漏れを防止するシール手段と、
前記大径ノズルと小径ノズルとは別体でかつ前記燃料と酸化剤とのうち少なくとも一方をノズル内に導く冷却路と、
を備えたことを特徴とする請求項1記載のスラスタ装置。
The thrust changing member is formed in a U-shaped cross section,
And sealing means for preventing leakage of at least one of the fuel supplied from the fuel supply means and the oxidant supplied from the oxidant supply means from between the apparatus main body,
A cooling path that is separate from the large diameter nozzle and the small diameter nozzle and guides at least one of the fuel and the oxidant into the nozzle;
The thruster apparatus according to claim 1, further comprising:
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101766342B1 (en) * 2015-12-30 2017-08-08 한국항공대학교산학협력단 Self-pressurizing variable thrust rocket engine using sleeve pintle

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2915528B1 (en) * 2007-04-25 2012-07-06 Astrium Sas METHOD AND DEVICE FOR FEEDING A SPACE PROPULSION ENGINE IN LIQUID CRYOGENIC ERGOLS.

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2743983C2 (en) * 1977-09-30 1982-11-11 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8000 München By-pass liquid rocket engine for operation in a vacuum
FR2652615B1 (en) * 1989-10-04 1992-02-07 Europ Propulsion PROPELLER COMBUSTION CHAMBER.
JPH0558397A (en) * 1991-08-30 1993-03-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Thruster for spacecraft
JP2680194B2 (en) * 1992-08-07 1997-11-19 ティアールダブリュー インコーポレイテッド Satellite propulsion and actuation system
FR2698914B1 (en) * 1992-12-09 1995-03-03 Europ Propulsion Rocket motor with liquid propellants with derivative flow and integrated gas generator.
JP2615413B2 (en) * 1994-02-28 1997-05-28 科学技術庁航空宇宙技術研究所長 Combined cycle rocket engine
FR2734025B1 (en) * 1995-05-11 1997-08-01 Europ Propulsion PULSED LIQUID PROPERTY PULSE MOTOR
JPH0968105A (en) * 1995-08-30 1997-03-11 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Two-component liquid rocket engine
DE19730674A1 (en) * 1997-07-17 1999-01-21 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Combustion chamber and method of manufacturing a combustion chamber
JP2001027153A (en) * 1999-07-15 2001-01-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Rocket engine injector

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101766342B1 (en) * 2015-12-30 2017-08-08 한국항공대학교산학협력단 Self-pressurizing variable thrust rocket engine using sleeve pintle

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